多进制数字相位调制(MPSK)系统

AbstractMultiplePhaseShiftKeying(MPSK-multiplephaseshiftkeying)isalsocalledmulti-phasesystem,whichisthepromotionofthetwo-phasesystem.Itisthemodulationtocharacterizedigitalinformationusingthedifferentcarrier’sphasestate.SimilarwiththeBinaryDigitalPhaseModulation,ithastheabsolutephasemodulation(MPSK)andphasemodulation(MDPSK)asthetwokindsofmodulationmethods.ThisarticleismainlyabouttheMultiplePhaseShiftKeyingsystem(MPSK)basedonXilinxISEsimulationsoftwaredesign,setting4PSKasanexample.Themodulationmethodisthesimplephase-selectionmethod.Itonlyconcentratesonthedesignofdigitalsystem,neglectingtheanalogcircuitsystem.Keywords:MultiplePhaseShiftKeyingMPSKXilinxISEphase-selectionmethod摘要多进制数字相位调制（MPSK-multiplephaseshiftkeying）又称多相制，是二相制的推广。它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调制（MPSK）和相对相位调制（MDPSK）两种。本文主要研究基于XilinxISE仿真软件设计的多进制数字相位调制(MPSK)系统，以4PSK系统为例。调制方法采用简便的相位选择法，且略去模拟电路系统部分，仅对数字系统进行设计。关键字:多进制数字相位调制MPSKXilinxISE相位选择法武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书I目录Abstract.............................................................................................................1摘要...............................................................................................................21多进制数字相位调制...................................................................................11.1MPSK概念.........................................................................................11.2MPSK原理.........................................................................................12四相相位调制（4PSK）.............................................................................22.14PSK调制..........................................................................................22.1.1相位选择法..............................................................................22.1.2直接调相法.............................................................................32.24PSK解调..........................................................................................42.34PSK调制与解调系统设计..............................................................53ISE设计与仿真.............................................................................................73.1ISE操作环境.....................................................................................73.1.1输入（DesignEntry）...........................................................73.1.2综合(Synthesis）....................................................................83.1.3实现(Implementation)..............................................................83.1.4验证（Verification）...............................................................83.1.5下载（Download）.................................................................93.2ISE程序设计......................................................................................93.2.1调制系统程序设计.................................................................93.2.2解调系统程序设计..............................................................103.3仿真结果............................................................................................114总结..............................................................................................................125参考文献......................................................................................................136附录.............................................................................................................14附录1调制系统源程序........................................................................14附录2解调程序源程序........................................................................18附录3仿真波形图.................................................................................24武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书1多进制数字相位调制(MPSK)系统1多进制数字相位调制1.1MPSK概念多进制数字相位调制也称多元调相或多相制。它利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，即用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。如果载波有2k个相位，它可以代表k位二进制码元的不同码组。多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对（差分）相移键控。M进制数字相位调制中，四进制绝对移相键控（4PSK，又称QPSK）和四进制差分相位键控（4DPSK，又称QDPSK）用的最为广泛。1.2MPSK原理在MPSK信号中，载波相位可取M个可能值：因此，MPSK信号可表示为：假定载波频率是基带数字信号速率的整数倍，则上式可改写为：武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书2上式表明，MPSK信号可等效为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和。因此其带宽与MASK信号带宽相同，带宽的产生也可按类似于产生双边带正交调制信号的方式实现。多相制信号常用的产生方法有：直接调相法及相位选择法。2四相相位调制（4PSK）四相调相信号是一种四状态符号，即符号有00、01、10、11四种状态。所以，对于输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。这种由两个码元构成一种状态的符号码元称为双比特码元。同理，k位二进制码构成一种状态符号的码元则称为k比特码元。2.14PSK调制2.1.1相位选择法在一个码元持续时间内，MPSK信号为载波四个相位中的某一个。因此，可以用相位选择法产生4PSK信号，其原理如下图所示。图中，四相载波发生器产生4PSK信号所需的四种不同相位的载波。输入的二进制数码经串/并变换器输出双比特码元。按照输入的双比特码元的不同，逻辑选相电路输出相应相位的载波。例如，B方式情况下，双比特码元ab为11时，输出相位为45的载波；双比特码元ab为01时，输出相位为135的载波等。武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书3图2-1相位选择法产生4PSK信号（B方式）方框图图2-1产生的是B方式的4PSK信号。要想形成A方式的4PSK信号，只需调整四相载波发生器输出的载波相位即可。2.1.2直接调相法4PSK信号也可以采用正交调制的方式产生。四相PSK（4PSK）信号实际是两路正交双边带信号。串行输入的二进制码，两位分成一组。若前一位用A表示，后一位用B表示，经串/并变换后变成宽度加倍的并行码（A、B码元在时间上是对齐的）。再分别进行极性变换，把单极性码变成双极性码，然后与载波相乘，形成正交的双边带信号，加法器输出形成4PSK信号。显然，此系统产生的是π/4系统PSK信号。如果产生π/2系统的PSK信号，只需把载波移相π/4后再加到乘法器上即可。图2-2π/4系统信号产生的原理框图武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书4π/4系统信号产生的原理框图如图2-2。若要产生4PSK的A方式波形，只需适当改变振荡载波相位就可实现。2.24PSK解调因为4PSK信号是两个正交的2PSK信号的合成，所以可仿照2PSK信号的相平解调方法，用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量，然后还原成串行二进制数字信号，即可完成4PSK信号的解调。此法是一种正交相平解调法，又称极性比较法，原理图如图2-3。图2-3π/4